TW201930807A - 可節省熱水器能源的熱能交換裝置 - Google Patents

Abstract

本發明涉及一種「可節省熱水器能源的熱能交換裝置」，包括一上蓋、一熱交換板模組、一熱交換管模組及一底座，該上蓋頂面設有一入水口，靠近底座的底面處設有一出水口，該熱交換板模組設置在上蓋入水口的下方，幷與熱交換管模組相連接成一密閉的連通水路，再一起置放入底座的內部；經由上蓋入水口流入的淋浴熱水，首先碰觸到熱交換板模組，使其內部先被熱交換管模組預熱過的常溫水，再獲得最高溫度熱能的熱交換後，隨即導流至熱水器的進水口，進而達到大幅節省熱水器能源的使用量。

Description

可節省熱水器能源的熱能交換裝置

本發明是關於一種可大幅節省淋浴熱水器能源的熱能交換裝置，其藉由一熱交換板模組與一熱交換管模組的相結合構造，使得淋浴熱水的餘熱回收率達到60%，進而節省熱水器加熱所需的能源使用量，並同步達成減少能源消耗碳排放量的環保經濟效益。

為了達成節能減碳的目的，目前已有許多家居淋浴用之熱交換器上市銷售，其設計原理乃是將常溫的自來水先導流入熱交換器，並利用淋浴後的熱水做為熱交換器的熱源，使流經該熱交換器內的常溫自來水能被預熱成較高溫度之自來水，再將其導流至熱水器的進水管，如此可提高熱水器進水的溫度，進而節省熱水器加熱所需的能源，而本案發明人致力研發淋浴熱水用熱能交換裝置已超過10年，並將其研發成果提出中國專利申請在案的有：授權公告號CN100552361(申請日2006年1月17日)、公開號CN101511242(申請日2007年9月11日)、授權公告號CN201364044(申請日2009年2月25日)、授權公告號CN201364045(申請日2009年3月4日)、授權公告號CN102478367(申請日2010年11月24日)及申請公布號CN105403075(申請日2014年9月11日)等，前述各項專利經發明人具體實施後都能達到其預其的功能，唯美中不足的是其反應在節省熱水器的能源使用量上，仍有再提升的空間，究其原因乃在於前述的各熱能交換裝置對 淋浴後熱水的〝餘熱回收率〞無法提高有關，換言之，若能提高淋浴後熱水的〝餘熱回收率〞，便可提高熱水器的進水溫度，當熱水器的進水溫度被提高，則其加熱到所要的出水溫度所需的能源量(即瓦斯用量或電力用量)便可減少，進而能達成熱水器使用能源的節能功效，因此，如何成功改造熱能交換裝置，使其進一步提高淋浴熱水的〝餘熱回收率〞，便顯得極其重要。

此外，在改造增加〝餘熱回收率〞的熱能交換裝置設計結構時，也必須兼顧到其製造上的成本不能隨之增加，否則縱然〝餘熱回收率〞提高了，但熱能裝置的製造成本卻增加，反而不利於推廣銷售給消費者，同時也無法達成家家戶戶使用後，所欲造就減少能源消耗碳排放量的環保經濟結果。

本發明的主要目的在提供一種「可節省熱水器能源的熱能交換裝置」，其包括：一上蓋，為一平板狀體，具有一頂面、一底面及一側邊面，該頂面與底面之間由該側邊面圈圍連接成一體，其中，頂面設具成向下凹陷面，並在凹陷面的最低位置處貫穿底面設有一入水口，另在底面的邊緣處凸設有數根定位柱；一底座，為面積與上蓋相同的凹槽體，具有一頂面、一底面及一側邊面，該頂面設具成開口凹槽，該底面設具成封閉面，且於頂面與底面之間由該側邊面圈圍連接成一體，其中，該頂面的邊緣處向內凹設有數個定位孔，且該定位孔的數量及位置，均與上蓋的定位柱數量與位置相對應，可供上蓋底面的各定位柱插入後，相互疊置成一體，另在側邊面上穿設有兩個裝配孔，以及靠近底面的側邊面上再穿設有一排水 口；一熱交換板模組，由金屬材質製成的中空扁平狀體，並置入在底座的開口凹槽內且位在上蓋入水口的下方，其具有一頂面、一底面及一側邊面，該頂面與底面之間由該側邊面圈圍連接成一體，並在頂面、底面與側邊面之間形成有一密閉的容置室，其中，該頂面靠近側邊面位置處穿設有一入水孔及一出水孔，並與容置室相連通，該出水孔再與一出水管相連接；一熱交換管模組，由一長條不锈鋼管多次彎折圈繞而成的盤狀體，並置入在底座的開口凹槽內，該不锈鋼管的軸向剖面呈波浪狀，且其中一末端管口是穿置於底座側邊面的其中一裝配孔上，另一末端管口則連接於熱交換板模組頂面的入水孔，使得其與熱交換板模組的容置室及出水管形成一密閉的連通水路；及數個固定架，其每一固定架是由一長條固定板及數個固定夾組成，其中，該長條固定板上穿設有固定間隔平行排列的數個長條孔，該固定夾由一長條彈性金屬片對折彎曲後，形成上半部的V形夾持部與下半部的圓環握持部，且該V形夾持部的兩末端邊上分別又凸設有一厚度與寬度均小於長條孔的凸出片。

藉由熱交換板模組與熱交換管模組被底座中開口凹槽內的淋浴熱水所浸泡，使所有依序流經不锈鋼管內的常溫水會受到淋浴熱水的第一次熱交換作用而逐漸升溫，且因不锈鋼管的軸向表面呈波浪狀，除會加快熱交換的速度外，當受到第一次熱交換逐漸升溫的常溫水進入熱交換板模組的容置室後，又因熱交換板模組的頂面正好位於上蓋的入水口下方，而由該入水口所流入的淋浴熱水的溫度處於最高溫的狀態，使得位於該熱交換板模組中容置室內已被第一次預熱過的常溫水，可以獲得再一次的最高溫度熱能的熱交換作用，而再次升高溫度成最後的預熱溫水後，再 由出水管流入熱水器的進水管內，因此提高了熱水器的進水溫度，同時也達成減少熱水器加熱至其所要出水溫度所需的能源量(即瓦斯用量或電力用量減少)，並相對地也就達到熱水器節省使用能源量的功效。換言之，本發明藉由熱交換管模組將淋浴熱水，對常溫水進行第一次浸泡式的熱交換作用升溫後，再經由交換板模組進行第二次的最高溫度熱能直接接觸熱交換作用下，使得淋浴熱水的〝餘熱回收率〞可大幅提升到60%。

本發明的另一目的是提供一種「可節省熱水器能源的熱能交換裝置」，由於本發明中熱交換管模組是採用市售的不锈鋼波浪管，且熱交換板模組可選擇用兩片金屬板相互疊置焊接而成，或是以開模方式壓鑄加工而成，其加工製造方式均屬於傳統工藝，故整體量產的成本均較前述習知前案的製造成本更低。

本發明的再一目的是提供一種「可節省熱水器能源的熱能交換裝置」，其組合步驟如下：首先，以雙手的手指分別握持住其中一組相對稱的兩個固定架的固定板，便可輕易地提起整個熱交換板模組與熱交換管模組，接著，將熱交換板模組的出水管末端管口與熱交換管模組末端管口，分別插入底座中側邊面上的兩個裝配孔並穿出後，即可同步使熱交換板模組與熱交換管模組一起置入在底座頂面的開口凹槽內，最後，把上蓋底面的各定位柱，分別對準底座頂面上相應的各定位孔後，再予以插入即可使上蓋與底座相互疊置成一體，並完成本發明的組裝；若經使用一段時間而需要打開做清潔時，只要依前述步驟的反向程序，即可將熱交換板模組與熱交換管模組取出底座的外部，就可以進行清潔的工作，故操作上相當容易便可達成。

1‧‧‧浴室地板

2‧‧‧熱水器

10‧‧‧蓋體

11、21、31‧‧‧頂面

12、22、32‧‧‧底面

13、23、33‧‧‧側邊面

14‧‧‧入水口

15‧‧‧定位柱

20‧‧‧底座

24‧‧‧開口凹槽

25‧‧‧定位孔

26‧‧‧裝配孔

27‧‧‧排水口

28‧‧‧擋板

29‧‧‧導流板

30‧‧‧熱交換板模組

34‧‧‧容置室

35‧‧‧入水孔

36‧‧‧出水孔

37‧‧‧出水管

40‧‧‧熱交換管模組

41‧‧‧不銹鋼管

42、43‧‧‧末端管口

50‧‧‧固定架

51‧‧‧長條固定板

52‧‧‧固定夾

53‧‧‧長條孔

54‧‧‧V形夾持部

55‧‧‧圓環握持部

56‧‧‧凸出片

B‧‧‧淋浴者

P‧‧‧自來水管

P1‧‧‧進水管

P2‧‧‧出水管

S‧‧‧花灑頭

W‧‧‧淋浴熱水

W1‧‧‧常溫水

W2‧‧‧預熱溫水

圖1：是本發明的立體分解圖。

圖2：是本發明中熱交換管模組與固定架的立體分解圖。

圖3：是圖2中3-3線的剖面圖。

圖4：是本發明中熱交換板模組與其出水管的立體分解圖。

圖5：是圖4中5-5線的剖面圖。

圖6：是圖1中6-6線的剖面圖。

圖7：是本發明中固定架與不锈鋼管的組合立體圖。

圖7-1：是本發明中固定架與不锈鋼管的裝配組合剖面示意圖之一。

圖7-2：是本發明中固定架與不锈鋼管的裝配組合剖面示意圖之二。

圖7-3：是本發明中固定架與不锈鋼管的裝配組合剖面示意圖之三。

圖7-4：是本發明中固定架與不锈鋼管的裝配組合剖面示意圖之四。

圖7-5：是本發明中固定架與不锈鋼管的裝配組合剖面示意圖之五。

圖7-6：是本發明中固定架與不锈鋼管的裝配組合剖面示意圖之六。

圖8：是本發明中熱交換板模組、熱交換管模組與固定架置放入底座內的立體示意圖。

圖9：是本發明的立體組合圖。

圖10：是本發明與熱水器配合使用的立體示意圖。

圖11：是圖9中11-11線的剖面圖。

圖12：是圖10中12-12線的剖面圖。

圖13：是圖10中13-13線的剖面圖。

圖14：是本發明中底座的另一實施例立體圖。

圖15：是本發明中底座的又一實施例立體圖。

圖16：是本發明中熱交換板模組與熱交換管模組一起置入底座的又一實施例的底座示意圖。

如圖1至圖7所示，是本發明「可節省熱水器能源的熱能交換裝置」的實施例，其包括：一上蓋10，為一平板狀體，具有一頂面11、一底面12及一側邊面13，該頂面11與底面12之間由該側邊面13圈圍連接成一體，其中，頂面11設具成向下凹陷面，並在凹陷面的最低位置處貫穿底面12設有一入水口14，另在底面12的邊緣處凸設有數根定位柱15；一底座20，為面積與上蓋10相同的凹槽體，具有一頂面21、一底面22及一側邊面23，該頂面21設具成開口凹槽24，該底面22設具成封閉面，且於頂面21與底面22之間由該側邊面23圈圍連接成一體，其中，該頂面21的邊緣處向內凹設有數個定位孔25，且該定位孔25的數量及位置，均與上蓋10的定位柱15數量與位置相對應，可供上蓋10底面的各定位柱插入後，相互疊置成一體，另在側邊面23上穿設有兩個裝配孔26，以及靠近底面22的側邊面23上再穿設有一排水口27；一熱交換板模組30，由金屬材質製成的中空扁平狀體，並置入在底座20的開口凹槽24內且位在上蓋10入水口14的下方，其具有一頂面31、一底面32及一側邊面33，該頂面31與底面32之間由該側邊面33圈圍連接成一體，並在頂面31、底面32與側邊面33之間形成有一密閉的容置室34(如圖5所示)，其中，該頂面31靠近側邊面33位置處穿設有一入水孔35及一出水孔36，並與容置室34相連通，該出水孔36再與一出水管37相連接(如 圖6所示)；一熱交換管模組40，由一長條不锈鋼管41多次彎折圈繞而成的盤狀體，並置入在底座20的開口凹槽24內，該不锈鋼管41的軸向剖面呈波浪狀(如圖3所示)，且其中一末端管口42是穿置於底座20側邊面23的其中一裝配孔26上，另一末端管口43則連接於熱交換板模組30頂面31的入水孔35，使得其與熱交換板模組30的容置室34及出水管37形成一密閉的連通水路(如圖6及圖7所示)；及數個固定架50，其每一固定架50是由一長條固定板51及數個固定夾52組成，其中，該長條固定板51上穿設有固定間隔平行排列的數個長條孔53(如圖2中左上位置的放大視圖所示)，該固定夾52由一長條彈性金屬片對折彎曲後，形成上半部的V形夾持部54與下半部的圓環握持部55(如圖2中右下位置的放大視圖所示)，且該V形夾持部54的兩末端邊上分別又凸設有一厚度與寬度均小於長條孔53的凸出片56。

如圖7、圖7-1至圖7-6所示，使用固定架50將熱交換管模組40中不锈鋼管的固定方式，是先將每一固定架50中固定夾52的V形夾持部54對準不锈鋼管41的外徑，並相互抵貼施力後(如圖7-1與圖7-2所示)，可使其圓環握持部55將不锈鋼管41包覆握持住(如圖7-3所示)，接著，以兩根手指施力使V形夾持部54的兩凸出片56靠攏後(如圖7-4所示)，便可一起穿出長條固定板51的長條孔53外，再將穿出後的兩凸出片56往外折彎(如圖7-5所示)，即可使排列在同一位置上的各不锈鋼管41，整齊地被懸吊固定在長條固定板51上(如圖7及圖7-6所示)。

再如圖7至圖9所示，本發明的組合步驟如下：首先，以雙手 的手指分別握持住其中一組相對稱的兩個固定架50的長條固定板51(如圖7中的假想線手指所示)，便可輕易地提起整個熱交換板模組30與熱交換管模組40，接著，將熱交換板模組30的出水管37末端管口與熱交換管模組40末端管口42，分別插入底座20中側邊面23上的兩個裝配孔26並穿出後，即可同步使熱交換板模組30與熱交換管模組40一起置入在底座20頂面21的開口凹槽24內(如圖8所示)，最後，把上蓋10底面的各定位柱15，分別對準底座20頂面21上相應的各定位孔25後，再予以插入即可使上蓋10與底座20相互疊置成一體(如圖9所示)，並完成本發明的組裝，若經使用一段時間而需要打開做清潔時，只要依前述步驟的反向程序，即可將熱交換板模組30、熱交換管模組40取出底座20的外部，就可以進行清潔的工作，操作上相當容易便可達成。

又如圖9至圖13所示，是本發明「可節省熱水器能源的熱能交換裝置」的安裝使用方式，先將其置放於浴室地板1，再把自來水管P與熱交換管模組40穿露於底座20側邊面23的末端管口42相連接，最後，將熱水器2的進水管P1與穿露於底座20側邊面23的出水管37末端口相連接後，即完成安裝(如圖10與圖11所示)；當淋浴者B站在上蓋10的頂面11並開始淋浴時，自來水管P的常溫水W1會由熱交換管模組40的其中一末端管口42進入不锈鋼管41內，並隨著充滿整個不锈鋼管41後，該常溫水W1會經由另一末端管口43而從熱交換板模組30的入水孔35流入容置室34內，待充滿整個容置室34後，又會從其出水孔36流出(如圖11所示)，再經由出水管37而流入熱水器2的進水管P1內被熱水器2加熱成淋浴熱水W，該淋浴熱水W則經由熱水器2的出水管P2並從花洒頭S噴灑出來(如圖9及圖10所示)，而淋浴 熱水W經過淋浴者B身體使用後，即會灑落於上蓋10的頂面11上，再由頂面11的入水口14流入底座20的開口凹槽24內，而在淋浴熱水W充滿整個開口凹槽24內後，即會由底座20中側邊面23的排水口27排出到浴室地板1上(如圖11中的箭頭所示)。

在前述過程中，由於熱交換板模組30與熱交換管模組40被底座20中開口凹槽24內的淋浴熱水W所浸泡(如圖12所示)，故所有依序流經不锈鋼管41內的常溫水W1便會受到淋浴熱水W的第一次熱交換作用而逐漸升溫，由於不锈鋼管41的軸向表面呈波浪狀，故會加快熱交換的速度(如圖13所示)，而該依序受到第一次熱交換逐漸升溫的常溫水W1在進入熱交換板模組30的容置室34後，又因熱交換板模組30的頂面31正好位於上蓋10的入水口14下方，且剛由該入水口14所流入的淋浴熱水W的溫度處於最高溫的狀態，使得位於熱交換板模組30中容置室34內已被第一次預熱過的常溫水W1，可以獲得再一次的最高溫度熱能的熱交換作用，而再次升高溫度成最後的預熱溫水W2後，再由出水管37流入熱水器2的進水管P1內，因而提高了熱水器2的進水溫度，同時也達成減少熱水器2加熱至其所要出水溫度所需的能源量(即瓦斯用量或電力用量減少)，並相對地也就達到熱水器節省使用能源量的功效。換言之，本發明藉由熱交換管模組40使淋浴熱水W，對流經其內部的常溫水W1進行第一次浸泡式的熱交換作用升溫後，再經由熱交換板模組30進行第二次的最高溫度熱能直接接觸熱交換作用下，使得淋浴熱水W的〝餘熱回收率〞可大幅提升到60%。

本發明人與自己公司(佛山市三角洲電器科技有限公司)員工梁創佳，在2017年11月1日對本發明進行〝餘熱回收率〞測試，其結果如 以下的【表一】餘熱節能率測試報告、【表二】採集90次數據測試結果、【表三】熱水器的消耗功率折線圖及【表四】餘熱回收率的節能率曲線圖所示，其中，表一中是使用市售直徑11mm不锈鋼波浪管製成本發明的熱交換管模組，並結合0.072平方米面積的熱交換板模組，進行每次間隔10秒共90次的採集數據測試結果(如表二所示)，並得出其熱水器的消耗功率折線圖(如表三所示)，以及得出其餘熱回收率的節能率曲線圖(如表四所示)。

由該表二中的序號80(即第13分20秒時)的測試結果可知，其節能率可達到60.05%，此一結果是所有習知淋浴熱水熱能交換器所無法達成的目標，同時也證明本發明的功效確實對熱水器的加熱能源使用量大幅節省的功能。

另如圖14所示，是本發明中底座20的另一實施例，其中，在該底座20中靠近排水口27的開口凹槽24槽底面上，更凸設有一道擋板28，其具有使淋浴熱水W在開口凹槽24內可停留更長一段時間再由其排水口27排出底座20外部的功能，如此可使被熱交換作用後的淋浴熱水W的餘溫充分被利用後再排出。

如圖15及圖16所示，是本發明中底座20的又一實施例，其是在底座20的開口凹槽24槽底面上，間隔排列凸設有圍繞的導流板29(如圖15所示)，可供熱交換管模組40中盤繞的不锈鋼管41置入(如圖16所示)，並對進入開口凹槽24內的淋浴熱水W，具有導流及延滯的作用，以及使淋浴熱水W被熱交換作用後的剩餘溫度，可再充分地被利用後再排出底座20外部的功能。

Claims (4)

1. 一種可節省熱水器能源的熱能交換裝置，包括：一上蓋，為一平板狀體，具有一頂面、一底面及一側邊面，該頂面與底面之間由該側邊面圈圍連接成一體，其中，頂面設具成向下凹陷面，並在凹陷面的最低位置處貫穿底面設有一入水口，另在底面的邊緣處凸設有數根定位柱；一底座，為面積與上蓋相同的凹槽體，具有一頂面、一底面及一側邊面，該頂面設具成開口凹槽，該底面設具成封閉面，且於頂面與底面之間由該側邊面圈圍連接成一體，其中，該頂面的邊緣處向內凹設有數個定位孔，且該定位孔的數量及位置，均與上蓋的定位柱數量與位置相對應，可供上蓋底面的各定位柱插入後，相互疊置成一體，另在側邊面上穿設有兩個裝配孔，以及靠近底面的側邊面上再穿設有一排水口；一熱交換板模組，由金屬材質製成的中空扁平狀體，並置入在底座的開口凹槽內且位在上蓋入水口的下方，具有一頂面、一底面及一側邊面，該頂面與底面之間由該側邊面圈圍連接成一體，並在頂面、底面與側邊面之間形成有一密閉的容置室，其中，該頂面靠近側邊面位置處穿設有一入水孔及一出水孔，並與容置室相連通，該出水孔再與一出水管相連接；及一熱交換管模組，由一長條不锈鋼管多次彎折圈繞而成的盤狀體，並置入在底座的開口凹槽內，該不锈鋼管的軸向剖面呈波浪狀，且其中一末端管口是穿置於底座側邊面的其中一裝配孔上，另一末端管口則連接於熱交換板模組頂面的入水孔，使得其與熱交換板模組的容置室及出水管形成一密閉的連通水路。
2. 如申請專利範圍第1項所述之可節省熱水器能源的熱能交換裝置，其中，更包括數個固定架，其每一固定架是由一長條固定板及數個固定夾組成，其中，該長條固定板上穿設有固定間隔平行排列的數個長條孔，該 固定夾由一長條彈性金屬片對折彎曲後，形成上半部的V形夾持部與下半部的圓環握持部，且該V形夾持部的兩末端邊上分別又凸設有一厚度與寬度均小於長條孔的凸出片。
3. 如申請專利範圍第1項所述之可節省熱水器能源的熱能交換裝置，其中，該底座中靠近排水口的開口凹槽槽底面上，更凸設有一道擋板。
4. 如申請專利範圍第1項所述之可節省熱水器能源的熱能交換裝置，其中，該底座的開口凹槽槽底面上，間隔排列凸設有一圍繞的導流板。